16 KONTAK PEMUTUS DAYA PADA TEGANGAN PEMULIHAN

Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
KONTAK PEMUTUS DAYA PADA TEGANGAN PEMULIHAN DALAM
MELINDUNGI JARINGAN TRANSMISI TEGANGAN TINGGI
Bambang Satria Purwita
Institut Teknologi Nasional
Jl. Bendungan Sigura-Gura No. 2, Lowokwaru, Malang
Pada umumnya kita telah mengetahui seringnya gangguan terhadap jaringan transmisi
adalah gangguan alam, seperti gangguan kilat terhadap jaringan transmisi disebabkan jaringan
transmisi yang melalu udara, panjang, tinggi dan tersebar diberbagai daerah terbuka serta
beroperasi dalam segala macam kondisi. Diantara pertimbangan-pertimbangan yang diambil
dalam perancangan pemerisaian saluran transmisi adalah letak kawat tanah terhadap kawat fasa.
Karena kawat tanah saja, sehingga persentase kecil saja pada kawat fasa. Dan sampai sekarang
belum ada sarjana-sarjana yang menunjukan kegunaan kilat bagi kehidupan, belum mendapat jalan
untuk mencegah atau memanfaatkan energi yang ditimbulkan oleh petir tersebut. Walaupun
demikian ilmu pengetahuan menusia tetap berkembang dengan kemajuan teknologi. Dengan salah
satu alat pengaman, kawat udara (Overhead Ground Wire) untuk melindungi kawat- kawat fasa
dari jaringan transmisi.
1. PENDAHULUAN
Pada akhir abad ke-19 sistem tenaga listrik dibumikan. Hal ini dapat dimengerti karena
pada waktu itu sitem-sistem tenaga listrik masih kecil, jadi bila ada gangguan kawat bumi arus
gangguan masih kecil (± 5 A). Pada umumnya bila arus gangguan itu sebesar 5A atau lebih
kecil busur listrik yang timbul pada kontak-kontak antara kawat yang terganggu dan bumi
masih dapat padam sendiri (Self Extinguishng). Tetapi sistem-sistem tenaga itu makin lama
makin besar baik panjangnya maupuan tenaganya. Dengan demikian arus yang timbul bila
terjadi lagi gejala-gejala “Arching Grounds” semakin menonjol. Gejalan ini sangat berbahaya
karena akan menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak alat-alat.Oleh karena
itu mulai abad-20, pada saat sistem-sistem tenaga mulai besar sistim-sistem itu tidak lagi
dibiarkan terisolasi (Isolated) yang dinamakan system delta tetapi titik netral system itu
dibumikan mulalui tahanan atau reaktansi. Pembumian itu umunya dilakukan dengan
menghubungkan netral transformator ke bumi.Pada umumnya di Indonesia, pemakaian
jaringan transmisi tegangan tinggi. yang terletak pada daerah khatulistiwa, jumlah hari guruh
sangat tinggi. Di pulau Jawa jumlah hari buruh berkisar antara 90 – 200an. Sumber ganguan
yang paling besar disalurakan transmisi adalah gangguan sambaran kilat dan kemudian
menyusul kaarena gangguan alam lainnya.
Tujuan dari Penelitian ini adalah untuk memperoleh pemahaman yang jelas mengenai
perhitungan pelindungan pada jaringan transmisi tegangan tinggi. Dan pada gilirannya penulis
ini juga untuk memenuhi syarat kelulusan/pencapaian gelar sarjana.
Penulisan hanya ingin membicarakan mengenai pengaman pendukung jaringan transmisi
tegangan tinggi seperti pembumian untuk penyaluran daya yang berlebih akibat yang
ditimbulkan sambaranpetir mengenai kawat tanah udara (Overhead Ground Wire) sebagai
pelindung(Shielding) jaringan transmisi tegangan tinggi.Penggunaan kawat tanah ditujukan
16
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
untuk pengaman mengenai kawat fasa. Disini kawat tanah berfungsi sebagai pelindung
(Shielding), energi sambaran kilat akan dialirkan kedalam bumi melalui tiang atau menara
yang dibumikan setelah lebih dahulu ditangkap oleh kawat tanah tersebut.Kita telah
mengetahui bahwa kilat merupakan aspek gangguan yang berbahaya terhadap seluran
transmisi yang menggagalkan keandalan dan keamanan sistem tenaga dan tak mungkin
dihindarkan, sedangkan alat-alat pengaman seperti : Arester, Fuse Gap dan Rodgap terbatas
kemampuannya maka untuk mengurangi akibat yang di timbulkan sambaran petir digunkanla
kawat tanah udara (Overhead Ground Wire) sehigga koordinasi isolasi akan lebih ekonomis.
2. METODE
Teori gelombang berjalan pada kawat transmisi telah disusun secara intensif sejak tahun
1910, terlebih-lebih dalam 1930-an. Persoalan gelombang berjalan ini sangat sukar, sehingga
harus diadakan banyak penyederhanaan supaya dapat dipergunakan untuk keperluan teknik
pada saat ini gelombang berjalan telah diselidiki pada :
a. Kawat Tunggal
b. Kawat Majemuk
c. Kecepatan mejemuk dari gelombang berjalan
Bagian terbesar dari suatu mengenai gangguan pada system ialah teori gelombang berjalan,
yaitu mengenai sumber gelombang, karakteristik serta keadaan pada titik peralihan dari
transmisi.
3. TEORI
3.1 Sumber-Sumber Gelombang Berjalan
Sampai saat ini sebab-sebab dari gelombang berjalan yang di ketahui ialah :
a. Sambaran kilat secara langsung pada kawat fasa
b. Sambaran kilat tidak langsung pada kawat fasa (Induksi)
c. Operasi hubung (Switching Operation)
d. Gangguan-gangguan pada sistem oleh berbagai kesalahan
e. Tegangan stady state
Semua macam sebab-sebab ini menimbulkan seya (surge) pada kawat fasa disebebkan oleh
kelebihan energi secara tiba-tiba pada kawat. Energi ini merambat pada kawat fasa, sama
halnya seperti kita melemparkan baru pada air yang tenang pada sebuah kolam. Energi yang
merambat ini terdiri dari arus dan tegangan. Kecepatan merambat gelombang berjalan
tergantung dari konstanta-konstanta kawat fasa. Pada kawat hantaran udara, kecepatan
merambat ini kira-kira 1000ft/µ sec, jadi sama dengan kesepatan cahaya. Pada kebel tanah
kira-kira 500 ft/ µ sec.Dengan sendirinya segala macem diskontinuitas pada transmisi tidak
mempunyai efek pada gelombang, sebelum gelombang mencapainya. Tetapi bila gelombang
mencapai titik peralihan, terjadi perubahan gelombang sehingga terdapat sedikit perbedaan
dengan gelombang semula.
Kecepatan Merambat
Apabila suatu gelombang energi listrik merambat sepanjang kawat fasa dengan konstanta
L dan C, maka gelombang tegangan dengan arus merambat dengan kecepatan yang sama.
Kedua besaran ini dihubungkan oleh suatu factor proposional yaitu karakteristik fasa itu.
17
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
Gambar 3.1 Kawat Transmisi dengan batere
Bila gelombang tegangan E sampai pada titik a, maka arus yang bersamaan dari tegangan
itu akan mengisi kapasitor C pada tegangan E.Muatan yang dibutuhkan untuk menaikan
tegangan pada satu satuan panjang dama dengan CE.Bila kecepatan merambat gelombang itu
v cm/detik, maka jumlah muatan yang dibutuhkan untuk mengisi kawat sepanjang v cm tiap
detik sama dengan C E v. Muatan ini diberikan oleh arus uniform yang mengalir pada kawat,
dan memberikan muatan C E v dalam satu detik dibutuhkan arus sebesar :
I = C E v ................................................................................................... (3.1)
Bila gelombang itu merambat sejauh x cm, maka energi elektrostatik pada bagian ini (x
cm) ialah:
Wc = ½ C x E2 ......................................................................................... (3.2)
Bila L sama dengan induktansi kawat per cm, maka dalam waktu yang sama, energi
elektromagnetik pada kawat sepanjang x itu :
WL = ½ L x I2 .......................................................................................... (3.3)
Dimana :
Wc = Energi elektrostatik
WL = Energi elektromagnetik
C = Kapasitor
L = Induktansi
E = Tegangan batere
I = Arus yang mengantar pada kawat fasa
Satu-satunya sumber energi disini batere. Bila dibutuhkan waktu t entuk merambat
sepanjang x cm,
v = x / t ..................................................................................................... (3.4)
Energi yang diberikan oleh batere
We = E I t
We = Wc + WL
Jadi :
E I t = ½ C x E2 + ½ L x I2
E I = ½ C v E2 + ½ L v I2
18
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
2
v = ......................................................................................................
CE/I+LI/E
(3.5)
Dari, I = C E v
E
I
=
I
CV
Substitusikan, diperoleh
2
v=
I/v+LCv
I
v=
atau
LC
1
𝑣 = ±√𝐿𝐶 ……………………………………………………………..(3.6)
Kedua harga + v dan – v berlaku, yaitu
v positif = gelombang maju
v negative = gelombang mundur
Untuk kawat hantaran udara jari-jari r dan tinggi h diatas tanah, mempunyai harga
induktansi dan kapasitas masing-masing:
1
2ℎ
𝐿 = (2 + 𝑟 ) 10−9 Henry/cm ………………………………………(3.7)
Faktor ½ yang ditimbulkan pada induktansi persamaan (3.7), disebabkan oleh adanya fluks
didalam kawat (Internal Flux(, dengan pemisahaan distribusi arus merata. Tetapi pada
gelombang berjalan, “Transient Skin Effect” sangat besar, sehingga arus berkumpul pada
permukaan kawat. Dengan demikian internal fluks lingkup sangat kecil dan dapat diabaikan,
menjadi :
2h
L = 2In
10 -9 Henry / cm …………………………………………(3.8)
2
𝐶=
10−11
18 ln(
2ℎ
)
𝑟
Farad/cm ……………………………………………….(3.9)
jadi dengan mensubtitusi persamaan (3.8) dan (3.9) kepersamaan (3.6) akan diperoleh
kecepatan gelombang berjalan sebesar :
v = 3.10 10 cm / detik ............................................................................ (3.10)
Dari persamaan (3.10) terlihat bahwa kecepatan gelombang berjalan pada kawat hantaran
udara adalah sama dengan kecepatan cahaya dalam hampa udara.Sedangkan untuk kabel
19
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
konduktor padat dengan jari-jari (r) dan isolasi pembungkus berjari-jari (R) serta permitivitas
(ε) :
R
1
r2
r4
r6
L = 2 (In
+
+
+
) 10 -9
2
4
6
r
2
3R
12R 60R
Tetapi fluks lingkup dalam dapat diabaikan, karena r jauh lebih kecil dari R maka
r2
dan seterusnya dapat diabaikan, maka akan didapat :
3R2
R
L = 2.10-9 In
(Henry/cm) ................................................................... (3.11)
r
ε.10 -11
C=
(Farad/cm) ........................................................................... (3.12)
R
18 I
r
Jadi kecepatan merambat pada kabel adalah :
3.10
v=
cm /detik .................................................................................... (3.13)
√ε
Untuk kabel-kabel yang tersedia umumnya ε – 2.5 – 4 jadi kecepatan merambat dalam kabel
kira-kira ½ sampai 2/3 kecepatan cahaya.
3.2 Bentuk dan Spesifikasi dari Gelombang
Bentuk umum suatu gelombang berjalan digambar sebagai berikut :
Gambar 3.2
: Spesifikasi gelombang
a. Spesifikasi gelombang berjalan
b. Muka dan ekor gelombang
Spesifikasi dari suatu gelombang berjalan :
a. Tegangan puncak (Crest) dari gelombang, E (KV), yaitu amplitude maksimun dari
gelombang.
b. Muka gelombang (Front), t1 (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaan sampai puncak.
Dalam praktek ini diambil dari 10% E samapi 90%E, lhat gambar 3.2b.
c. Ekor gelombang (Tail) yaitu bagian kebelakang puncak. Panjang gelombang (Lengght) t 2
(mikrodetik) yaitu waktu dari permulaan sampai titik 50% E pada tail.
d. Polaritas (Polarity) yaitu polaritas dari gelombang positif atau negative. Suatu gelombang
berjalan (surja) dinyatakan sebagai berikut :
E, t1 x t2
Jadi suatu gelombang dengan polaritas positif, crest = 1000 KV, front 3 mikrodetik, dan
panjang 21 mikrodetrik dinyatakan sebagai : + 1000, 3 x 21.
3.3 Ekspresi Matematis Gelombang Berjalan
Ekspresi dasar dari gelombang berjalan secara matematis dinyatakan dengan persamaan
dibawah ini :
20
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
e (t) = E (e –at – e –bt)
E, a dan b adalah konstanta.
Dari variasi a dan b dapat dibentuk berbagai macam bentuk gelombang yang dapat dipakai
sebagai pendekatan dari gelombang berjalan, misalkan :
a. Gelombang persegi yang sangat panjang :
a. = 0
b =∞
e =E
b. Gelombang eksponsial
a =∞
e = E e-at
c. Gelombang dengan muka linier
a =0
b
0
bE terbatas (Finite)
E
∞
e = E (1 – e –bt) / b = E (bt – b t / 2 + ……)
=(bE)t
d. Gelombang Snus Teredam
a. = α – jw
b. = α + jw
E = E0 / 2 j
e. = E / 2j e –α t (e jwt – e –jwt) = E e–α tsin wt
e Gelombang kilat tipikal
a
b
Terbatas serta riil
c
Bentuk-bentuk gelombang yang lain dapat dimisalkan sebagai kombinasi dari bentukbentuk diatas.
Gambar. 3.4 Gelombang Kombinasi
Gelombang persegi yang sangat panjang sering digunakan dalam mengitung gelombang
berjalan terhadap keamanan sistem, kerena gelombang seperti ini paling berbahaya bagi
peralatan. Kecuraman gelombang akan menyebabkan gradient yang maksimun sedangkan ekor
yang panjang menyebabkan osilasi maksimun pada belitan kumparan mesin.Gangguan kilat
tipikal merupakan bentuk yang paling mirip dengan bentuk gelombang surja petir(Lighting
surge) yang dilihat pada osiloskop. Bentuk gelombang ini tergantung dari a dan b, sebaliknya
bila spesifikasi gelombang diberi a, b, dan E dapat dicari. Bila E, a, b, diketahui dapat
ditentukan puncak, muka, dan panjang gelombang itu.
3.3.1 Puncak dan Ekor (Crest dan Tail)
Crest terjadi pada saat t = t1, yaitu waktu untuk mencapai tegangan puncak
det
E (-a e-at – b e –bt) = 0
dt
ae –at1 = be -bt1
21
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
Maka
In b / a
t1 =
In b / a
= 1/a
= B / a ........................................... (3.14)
b–a
b/a–1
dan
E puncak = E (e-B – e Bb/a) ......................................................................... (3.15)
3.3.2 Panjang Gelombang
Waktu sampai ½ puncak = t2
E puncak /2 = E (e –Bt2/t1 – e –bt2)
= E (e –Bt2 / t1 – e (b/a)Bt2/t1)
-B
½ E (e – e-Bb/a) = E (e Bt2/t1 – e-(b/a)Bt2/t1)
Persamaan ini menyatakan hubungan antara t2/t1 untuk berbagai tertentu dari b/a. Tetapi
karena persamaan ini transcendental, maka untuk mencari t2/t1 karena dengan jalan mengisi
harga-harga tertentu (membuat grafik) atau dengan jalan pendekatan.Grafik yang
dipergunakan dibawah ini :
Gambar. 3.5 Grafik Panjang Gelombang
Grafik ini menunjukan hubungan-hubungan :
at1 sebagai b/a dari persamaan (3.11) E erest / E sebagai b/a dari persamaan (3.15) t2/t1 sebagai
fungsi b/a dari persamaan (3.16).
Contoh penggunaan grafik untuk menetukan konstanta-konstanta a, b, dan E, untuk
gelombang + 1000, 3 x 21 : t2/t1 = 7. Dari lengkungan t2/t1 didapat b/a = 28.5, Selanjutnya dari
b/a ini didapat at1 = 0,122/3 = 0,28
Jadi
: a = 0,122/t1 = 0,122/3 = 0,041
b = 28,5 a = 28,5 x 0,041 = 1,15
E = E1/0,825 = 1000/0,825 = 1175
Gelombang tersebut adalah
E = 1175 (e-0,041 – e-1,151)
4. HASIL PENELITIAN DAN IMPLEMENTASI
Seperti kita ketahui bahwa kilat merupakan suatu aspek gangguan yang berbahaya terhadap
saluran transmisi yang dapat menggagalkan keandalan dan keamanan system tenaga dan tak
mungkin dihindari, sedangkan alat-alat pengaman seperti, arrester, fusegap dan rodgap terbatas
kemampuanya, maka untuk mengurangi akibat yang ditimbulkan digunakan kawat sehingga
koordinasi isolasi akan ekonomis .Penggunaan kawat tanah di tujukan untuk pengaman saluran
transmisi terhadap sambaran kilat. Khususnya sambaran langsung mengenai kawat fasa. Disini
kawat tanah berfungsi sebagai perisai. Energi sambaran kilat akan dialirkan ke dalam tanah
melalui menara atau tiang yang ditanahkan oleh tanah tersebut.Diantara pertimbanganpertimbangan yang diambil dalam perancangan pemeriaian saluran transmisi adalah letak
kawat tanah terhadap kawat fasa. Karena kawat tanah harus diletakkan sedemikian rupa, maka
sembaran-sambaran kilat terpusat pada kawat tanah saja sehingga persentase kecil saja pada
kawat fasa.
22
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
4.1 Kawat Tanah UDara (Overhead Ground Wire)
Kawat tanah udara adalah kawat konduktor, st atau AsCR ditempatka diatas kawat-kawat
fasa. Mulanya kawat ini dimaksudkan sebagai proteksi terhadap induced stroke (induksi yang
disebabkan oleh sambaran kilat disekitar kawat transmisi, jadi sambaran tidak langsung). Akan
tetapi kemudian ternyata dari praktek maupun teori sebagi utama yang menimbulkan gangguan
adalah sambaran langsung atau direct stroke.
4.1.1 Sambaran Tak Langsung (Induced Stroke)
Ketika arus listrik melalui awan jatuh kebumi, arus listrik tersebut menginduksi ditanah
terhadap pengkutuban yang berlawanan dengn awan itu (Gambar.4.1).Bentuk kawasan awan
tersebut terhadap menyebar dan menutup sebagian permukaan tanah, permukaan tanah yang
tertutup itu lebih besar dari pada permukaan awan itu sendiri. Dasar bagian bawah dari pada
awan itu biasanya bersifat negatif, jadi induksi arus listrik di bumi biasanya bersifat positif.
Jika kawat transmisi merupakan suatu garis pemisah antara permukaan awan dan tanah, arus
listrik akan kelihatan di permukaan garis konduktor dan kawat tanah.
Gambar 4.1. Daerah awan dan batasan dari anah dan jaringan transmisi
Kumpulan arus listrik pada garis konduktor disebabkan oleh kebocoran sekliling isolator
dan perputaran dari pada konudktor diluar pengaruh awan. Arus listrik lebih mudah
mengumpul diatas kawat tanah dengan perpindahan tegak lurus terhadap menata dari
tanah.Jika sambaran yang berasal dari awan mengenai tanah dekat garis pemisah, daerah awan
akan runtuh pada waktu tertentu dan lompatan arus listrik digaris konduktor dan bebas
bergerak berlawanan arah, membentuyk putaran gelombang mungkin berakhir membentuk
dataran aliran arus (Gambar 4.2).
Gambar. 4.2. Induksi tegangan di jaringan transmisi dengan keruntuhan daerah awan.
23
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
Gambar.4.3. Induksi potensial diantara konduktor dan tanah dekat stroke dari awan ke
tanah. Didalam diagram terbuka digambarkan jaringan konduktor., dan
lingkaran hitam kawat tanah udara.
Arus listrik pada bawah kawat tanah berbatasan dengan menara-menara dan pada garis
konduktor bergerak sangat cepat dan menghilangkan secara brangsur-angsur di corona serta
kehilangan muatan. Tegangan listrik muncul digaris abtas tergantung kepada perbandingan
(ukuran) dari pada keruntuhan daerah awan dan kapasitas kemampuan ruangan antara jaringan
dan tanah, kalau circuit tanpa kawat-kawat tanah udara, dan kalau terjadi keruntuhan daerah
awan pada waktu nol, tegangan listrik di konduktor akan sebanding dengan peningkatan
potensial gradien dari pengadaan pembesaran ketinggian awan dari pada kawat tanah udara
diatas permukaan tanah menambah kekautan penghantar dibumi, dan dengan peningkatan
awan yang banyak mendatangkan lingkaran cahaya, kapasitas selanjutnya bertambah sebab
efektif diameter tanah bertambah dengan lingkaran cahaya.
Gambar 4.3. menunjukkan induksi tegangan listrik antara penghantar dan tanah untuk
perbedaan gradien awan dan tanpa kawat tanah, untuk jaringan diatas ketinggian tanah dan
jarak antara konduktor dari pada rata-rata jaringan tegangan tinggi.Perbandingan perhitunganperhitungan tegangan dari konduktor dengan proteksi kawat tanah dengan perbandingan
tegangan yang ada pada konduktor tanpa proteksi kawat tanah.Gambar 4.3. Menunjukkan
perbandingan pengaman kira-kira 0,25 untuk bagian dalam konduktor, apabila dalam
perbandingan perhitungan lingkaran cahaya.
24
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
Gambar 4.4. Menghitung harga dari puncak tegangan induksi pada jaringan transmisi dekat stroke,
menggambarkan dari arus stroke, jarak saluran dari arus stroke, jarak saluran darai
ketinggian konduktor
Tegangan menghasilkan keseimbangan ketinggian dari konduktor jaringan transmisi
puncak dari arus listrik kepada sambaran ke tanah dan ajrak dari saluran sambaran.Gambar
4.4. memberikan perhitungan tertinggi dari pada penginduksian arus listrrik yang
bergelombang pada sebuah konduktor yang tidak dilindungi oleh kawat tanah udara dan
berfungsi sebagai sambaran arus, jarak dari aliran samabran dan ketinggian dari pada
penghantar. Perhitungan pada kurva seperti terlihat pada Gambar 4.4. dapat diketahui
kecepatan arus listrik bolak-balik untuk perbedaan arus listrik pada suatu tempat sebagai
berikut : 0-50.000 ampere 120 kaki per us; 50.000-10.000 amperes, 400 kaki per us.Gambar
4.4. memperlihatkan keadaan yang kurang baik dari pada gambar arus yang tinggi, susunan
transmisi yang tinggi dan sambaran kepermukaan tanah dekat susunan transmisi, puncak
tegangan yang pertama pada ukuran 1000 KV mungkin dapat menginduksi dibawah
konduktor. Pengurangan isi dapat terlihat jika kawat-kawat tanah udara yang melalui udara
dapat dikurangi.
4.1.2.Sambaran Langsung Pada Menara
Untuk sambaran langsung, kawat tanah melindungi (shileding) kawat fasa, dan untuk
memperoleh perlindungan yang baik kedudukan kawat tanah harus memenuhi beberapa
persyaratan yang penting.
a. Kawat tanah harus cukup tinggi diatas kawat fasa dan diatur sedemikian rupa agar dapat
mencegah sambaran pada kawat-kawat fasa.
b. Pada tengah gawang kawat tanah harus mempunyai jarak yang cukup di atas kawat fasa
untuk mencegah terjadinya loncatan sebagian pada waktu yang diperlukan untuk
25
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
gelombang pantulan negatif dari menara kembali ke tengah gawang dan ini akan
mengurangi tegangan pada tengah gawan.
c. Tahanan kaki menara harus cukup rendah untuk membatasi tegangan pada isolator agar
tidak terjadi loncatan api pada isolator.
d. Bila dipakai untuk proteksi terhadap gardu induk, kawat tanah harus cukup panang
sehingga surja yang masuk dapat diredam sampai harga yang tidak berbahaya sewaktu
mencapai gardu induk
Sambaran langsung merupakan sebab utama dari gangguan yang disebabkan oleh
kilat.Bila sambaran mengenai menara transmisi, arus yang besar sekali mengalir ke tanah dan
sepasang gelombang berjalan merambat pada kawat tanah.Untuk memudahkan perhitungan,
untuk sementara impedansi surja menara dapat diabaikan dan diasumsikan menara dibumikan
melalui tahanan yang konstan R.Gambar 4.5. menunjukkan sambaran kilat dengan impedansi
surja z ke menara, pada keadaan ideal.Bila diperhatikan persamaa-persamaan diatas, terlihat
bahwa hasil yang sama akan diperoleh bila kilat tersebut mempunyai surja Z, menara pertama
dibumikan melalui tahanan R, dan kawat fasa serta kawat tanah hanya menuju satu jurusan
dari menara 1 (Gambar 4.9).
Gambar. 4.9. Rangkaian Ekivalen circuit dari gambar 4.5
4.1.3.Efek Tahanan Kaki Menara
Tahanan kaki menara yang rendah mempunyai lima kebaikan :
1. Mengurangi tegangan kawat tanah
2. Mengurangi tegangan kawat fasa
3. Mengurangi tegangan apa isolator
4. Membatasi gangguan pada jarak yang kecil
5. Memperpendek lama terjadinya tegangan yang berbahaya
Gangguan yang menyebabkan sambaran langsung yang mempengaruhi kawat bukanlah
sautu gelombang sederhana yang dirambatkan sepanjang transmisi, melainkan gelombang
yang timbul oleh pantulan berulang, dan ini harus dibatasi pada jarak yang pendek serta harus
cepat dibatasi.
4.1.4.Efek Bentuk Gelombang
26
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
Makin panjang front gelombang serta makin rendah tegangan akan menyebabkan
gelombang pantulan yang timbul dan telah mulai memperkecil gelombang datang.
4.1.5.Sambaran pada Pertengahan Dua Menara (Midspan)
Tegangan-tegangan tersebut tetap ada sampai reduksi oleh gelombang-gelombang refleksi
dari menara-menara.Bila panjang span dalam mikro detik adalah T, maka waktu tersebut harus
melampaui sebelum reduksi terjadi. Selama itu, flashover antara kawat tanah dan kawat fasa
harus cukup jauh sehingga sparkover voltage (tegangan tembus) tidak tercapai sebelum
gelombang releksi tiba yang akan mereduksi tegangan midspan itu.
4.1.6.Perlindungan Gardu Induk
Perlindungan gardu induk terbagi dalam 2 bagian :
a.Perlindungan terhadap sambaran langsung
b.Perlindungan terhadap gelombang yang datang dari kawat transmisi
Perlindungan terhadap sambaran langsung ialah dengan kawat tanah. Bila perlindungan ini
sempurna, maka yang perlu diperhatikan adalah gelombang yang datang dari kawat
transmisi.Bila kawat-kawat fasa cukup terlindung dari sambaran langsung, maka sumber
gelombang berjalan biasanya adalah lompatan api dari isolator, umumnya tegangan ini lebih
tinggi dari tingkat isolari dasar (ITD) dari peralatan gardu, tegangan lebih iniharus dilakukan
ke tanya oleh arrester atau alat-alat perlindungan lainnya.
Untuk menghitung tegangan impuls pada gardu, didefenisikan dengan dua hal:
a.Daerah bahaya atau vulnarable zone, ialah jarak diluar kawat dimaan suatu gelombang surja
dapat timbul dan membahayakan gardu.
b.Indeks terusan gardu atau “station refraction index” ialah ukuran dari perubahan puncak dan
muka gelombang yang dialaminya ketika memasuki gardu.
Panjang dari bahaya merupakan fungsi dari :
a. Redaman dan distorsi gelombang pada saluran
b.Indeks terusan dari gardu induk
Sedang indeks terusan itu sendiri tergantung pada :
a. Bentuk gelombang datang
b. Karakteristik peralihan dari peralatan gardu dan alat-alat perlindungan.
Sepanjang perambatan pada kawat transmisi, gelombang mengalami redaman dan distorsi
yang disebabkan oleh korona, pengaruh kulit, resitivitas tanah, dan gendengan. Selain itu,
bentuknya juga dapat berubah karena pantulan ketika mencapai gardu.
4.2 Akibat Pelindung Kawat Tanah
Sebagai akibat dari mengalirnya energi sambaran ke dalam tanah, maka tegangan lebih
yang timbul pada isolator saluran akan dapat dibatasi, dengan demikian penembusan pada
isolator dapat dibatasi. Untuk memperoleh hasil yang unik maka penempatan kawat tanah
haruslah memenuhi syart, antara lain :
1. Kawat tanah harus cukup tinggi di atas fasa dan diatur sedemikian rupa agar dapat
mencegah sambaran langsung pada kawat-kawat fasa.
27
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
2. Pada tengah gawang kawat tanah harus mempunyai kawat fasa untuk mencegah terjadinya
loncatan sebagian
3. Tahanan kaki menara harus cukup rendah.
4.3 Kegagalan Pelindung
Mulai tahun 1920-an telah banyak teori-teori, percobaan-percobaan dan pengalamanpengalaman dikemukakan para penyelidik mengenai fungsi kawat tanah untuk melindungi
kawat fasa pada saluran transmisi.Pada tahun 1960 Provoost mengemukakan suatu resume
yang sangat baik mengenai peranan kawat tanah. Berdasarkan teori itu Provoost menarik
kesimpulan bahwa :
1. Untuik sudut pelindung  < 180 perisaian kawat transmisi itu baik
2. Untuk sudut pelindung 180 <  < 300 kurang baik
3. Untuk sudut pelindung  300 jelek
Kemudian konstenko, Poloroy dan Rosenfeld dalam tahun 1961 mengemukakan karangan
yang lebih menari lagi. Mereka menunjukkan bahwa jumlah gangguan kilat karena kegagalan
pelindung adalah sebagai fungsi dari sudut perisaian  dan tinggi menara ht seperti terlihat dari
relasi empiris persamaan (4.41)
 h1
log  
 4 ...................................................................... (4.42)
90
Dimana :
 = Hasil bagi dari jumlah kilat yang menenai kawat fasa dan jumlah kilat yang
mengenai saluran transmisi.
 = Sudut pelindung pada menara, derajat
ht = tinggi kawat tanah pada menara, meter
Jadi jumlah gangguan karena kegagalan pelindung,
NSF =  NL  .............................................................................. (4.43)
Pada waktu itu persamaan (4.42) dianggap oleh sebagian besar insinyur saluran transmisi
lebih unggul dari cara-cara yang lain.
4.4. Perhitungan untuk Menentukan Sudut Perlindungan Pada Jaringan Transmisi
Tegangan Tinggi
Besarnya sudut perlindungan mempunyai hubungan-hubungan dengan tinggi menara,
dimana semakin tinggi menara transmisi semakin tinggi kemungkinan kegagalan
perlindungan.
Untuk melindungi (mengurangi) kegagalan perlindungan ini, haruslah dipilih sudut
perlindungan yang kecil. Rumus yang dapat dipakai dalam menghitung sudut perlindungan
seperti persamaan :
x
 = arc tan ............................................................................. (4.43)
h
Dimana : h = jarak antara kawat tanah dengan garis horizontal yang menghubungkan kawat
fasa.
x = selisih antara panjang cross arm kawat tanah dengan kawat fasa
 = sudut perlindungan
28
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
a. Perhitungan sudut pelindung antara kawat tanah dengan kawat fasa R
x1
h1
1
1
1
b.
= 3,2 – 2,8 = 0,4 m
= 5,22 m
x
= arc tan
h
0,4
= arc tan
5,22
0
= 4,38
Perhitungan sudut pelindung antara kawat tanah dengan kawat fasa S
x1 = x2 = 0,4 m
29
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
h2
2
2
2
= 5,22 + 4,38 = 9,6 m
x
= arc tan 2
h2
0,4
= arc tan
9,6
0
= 2,39
c. Perhitungan sudut pelindung antara kawat tanah dengan kawat fasa T
x1 = x2 = x3 = 0,4 m
h3 = 5,22 + 4,38 = 13,98 m
x
3 = arc tan 3
h3
0,4
3 = arc tan
13,98
0
3 = 1,63
30
Jurnal Qua Teknika, Vol. 1 No. 1 Maret 2016
p-ISSN: 2088-2424; e-ISSN: 2527-3892
UNISBA Blitar, Http://qua.unisbablitar.ejournal.web.id
Bambang Satria Purwita. 2016. Kontak Pemutus Daya Pada Tegangan Pemulihan Dalam Melindungi
Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi. Jurnal Qua Teknika, (2016), 1(1):16-31.
5. KESIMPULAN DAN SARAN
Dari pembahasan pada bab-bab sebelumnya maka penulis mengambil beberapa
kesimpulan antara lain :
1. Seringnya gangguan terhadap jaringan transmisi adalah gangguan alam, seperti seringnya
gangguan petir terhadap jaringan transmisi yang disebabkan bangunan jaringan transmisi
panjang dan terbesar diberbagai daerah serta dalam segala macam kondisi udara.
2. Pada pembangunan jaringan transmisi yang sangat perlu diperhatikan adalah perancangan
proteksi saluran transmisi terhadap letak kawat fasa
3. Konfigurasi kawat transmisi ini harus mendapat perhatian yang lebih besar dan serius.
4. Sudut pelindung kawat tanah sesuai dengan contoh perhitungan diperoleh untuk :
a. Nilai dari sudut pelindung antara kawat tanah dengan kawat fasa R adalah 1 = 4,380
b. Nilai dari sudut pelindung antara kawat tanah dengan kawat fasa S adalah 2 = 2,390
c. Nilai dari sudut pelindung antara kawat tanah dengan kawat fasa T adalah 3 = 1,630
Jadi untu sudut pelindung  < 180 pelindung kawat transmisi itu baik
5. Kawat tanah udara berfungsi sebagai pengaman guna mengurangi akibat dari sambaran
petir secara tidaklangsung.
6. Menara jaringan transmisi dapat menjadi pembumian dengan mengalirkan arus lebih pada
kawat tanah melalui menara transmisi.
DAFTAR PUSTAKA
Abdul M. Mousa, 1976, Shielding of High Voltage And Extra High Voltage Substation,
IEEE Transaction on Power Apparatus and System; Vol. PAS-95.
A. Aris Munandar DR., 1978, Teknik Tegangan Tinggi, PT. Pradaya Paramita, Jakarta.
A. Aris Munandar DR., S. Kuwahara DR., 1975, Teknik Tenaga Listrik, Jilid II Saluran
Transmisi, PT. Pradaya Paramita, Jakarta.
Hutauruk T. S., 1976. Pengetanahan Netral Sistem-sistem Tegangan Tinggi, Departemen
Elektro Teknik Fakultas Teknologi Industri, ITB.
Hutauruk T. S., 1987. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan,
Institut Teknologi Bandung dan Univeristas Tri Sakti.
Hutauruk T. S., 1985. Transmisi Daya Elektrik, Institut Teknologi Bandung dan Univeristas
Tri Sakti.
Hutauruk T. S., 1976. Gelombang Berjalan Pada Sistem Transmisi dan Proteksi dan
Perlatan Pada Surja, Institut Teknologi Bandung.
31